Physiologie respiratoire

Question 1

La principale fonction du système respiratoire est de fournir de l’O2 à l’organisme et d’éliminer le CO2.
Cette fonction fait intervenir 4 processus. Quels sont-ils?

Answer 1

1. La ventilation pulmonaire : la circulation de l’air dans les poumons pendant l’inspiration et l’expiration.
2. La respiration externe : la diffusion des gaz (O2, CO2) entre les poumons et le sang.
3. Le transport : le transport des gaz respiratoires entre les poumons et les cellules par le système cardiovasculaire et le sang.
4. La respiration interne : la diffusion des gaz entre les cellules et le sang.

Question 2

Vrai ou faux? La respiration interne est la même chose que la respiration cellulaire.

Answer 2

FAUX. Il ne faut pas confondre la respiration interne avec la respiration cellulaire qui désigne les processus du métabolisme cellulaire qui convertissent les nutriments en ATP.

Question 3

La régulation de la respiration pulmonaire est le résultat de quoi?

Answer 3

La régulation de la respiration est le résultat d’interactions complexes entre les neurones du groupe respiratoire (aussi appelé centre respiratoire) pontin et les neurones des groupes respiratoires du bulbe rachidien.

Le groupe respiratoire ventral (GRV) du bulbe rachidien transmet des influx qui parcourent les nerfs qui innervent le diaphragme (les nerfs phréniques) et les nerfs qui innervent les muscles intercostaux externes.

La contraction du diaphragme abaisse le diaphragme alors que la contraction des muscles intercostaux externes élève la cage thoracique.

Question 4

Quels sont les rôles du groupe respiratoire pontin, du groupe respiratoire ventral et du groupe respiratoire dorsal?

Answer 4

Le groupe respiratoire pontin interagit avec les centres respiratoires du bulbe rachidien afin de régulariser la respiration.

Le groupe respiratoire ventral (GRV) contient des centres générateurs du rythme de respiratoire dont les influx régissent la respiration.

Le groupe respiratoire dorsal (GRD) intègre les influx sensoriels périphériques et modifie le rythme établi par le GRV.

Question 5

La ventilation pulmonaire comprend 2 phases. Quelles sont-elles?

Answer 5

L’inspiration, durant laquelle l’air entre dans les poumons

L’expiration, durant laquelle les gaz sortent des poumons

Question 6

Le déplacement de l’air et des gaz pendant la ventilation pulmonaire résulte de quoi?

Answer 6

Le déplacement de l’air et des gaz pendant la ventilation pulmonaire résulte de variations dans le volume de la cage thoracique. Pour bien comprendre ces phénomènes, il suffit de se rappeler de la loi de Boyle-Mariotte qui stipule que (à température constante) le volume occupé par un gaz est inversement proportionnelle à sa pression: P1V1 = P2V2.

Question 7

Comment expliquer le mécanisme de l’inspiration?

Answer 7

Pendant l’inspiration, la contraction du diaphragme et la contraction des muscles intercostaux externes augmentent le volume du thorax d’environ 500 mL. Les poumons s’étirent et le volume intrapulmonaire augmente, ce qui entraîne une diminution de la pression intraalvéolaire. Ceci crée un gradient de pression entre l’air ambiant et les poumons qui fait pénétrer l’air dans les poumons jusqu’à l’atteinte d’une pression intralvéolaire de 0 (égale à la pression atmosphérique).

Question 8

Comment expliquer le mécanisme de l’expiration?

Answer 8

Pendant l’expiration, les muscles se relâchent et le thorax retrouve son volume de repos. En raison de l’élasticité naturelle des poumons, les alvéoles sont légèrement comprimées, ce qui entraîne une diminution du volume intrapulmonaire, une augmentation de la pression intraalvéolaire, et la création d’un gradient de pression entre les poumons et l’air ambiant. Il y a donc l’écoulement des gaz hors des poumons dans le sens du gradient dee pression jusqu’à l’atteinte d’une pression intraalvéolaire de 0.

Question 9

Qu’est-ce qui détermine la direction de l’écoulement des gaz?

Answer 9

La pression intraalvéolaire (Palv) pendant l’inspiration et l’expiration détermine la direction de l’écoulement des gaz. La Palv est la pression qui règne à l’intérieur des alvéoles et elle tend toujours vers la pression atmosphérique (760 mm Hg au niveau de la mer).

Question 10

Qu’est-ce que la pression intrapleurale?

Answer 10

La pression intrapleurale (Pip) est la pression qui règne à l’intérieur de la cavité pleurale (entre la plèvre viscérale et la plèvre pariétale). La cavité pleurale contient une petite quantité de liquide pleural qui unit les deux feuillets de la plèvre « comme une goutte d’eau retient deux lames de verre l’une contre l’autre ».

Question 11

Quelle est la relation entre la pression intraalvéolaire et la pression intrapleurale? À quelles forces on s’oppose?

Answer 11

La pression intrapleurale est inférieure (négative) d’environ 4 mm Hg par rapport à la Palv et elle s’oppose aux deux forces qui tendent à affaisser les poumons, soit:
• L’élasticité du tissu pulmonaire
• La tension superficielle de la pellicule de liquide (lesurfactant) dans les alvéoles qui leur fait prendre le plus petit volume.

Question 12

Quelle est la quantité d’air inspirée et expirée au cours d’un cycle de respiration normal?

Answer 12

500 mL.

Question 13

Qu’est-ce que la spirométrie?

Answer 13

La spirométrie est un test qui permet de mesurer les volumes d’air mobilisés par les mouvements respiratoires et les débits ventilatoires.

Question 14

Qu’est-ce que le volume courant?

Answer 14

C’est la quantité d’air inspirée et expirée au cours d’un cycle de respiration normal, soit 500 mL.

Question 15

Qu’est-ce que l’espace mort anatomique?

Answer 15

Environ 150 mL des 500 mL d’air inspiré remplissent les conduits de la zone de conduction et ne participent pas aux échanges gazeux. C’est ce qu’on appelle l’espace mort anatomique.

Question 16

Qu’est-ce que le volume de réserve inspiratoire (VRI)?

Answer 16

Le volume de réserve inspiratoire (VRI) est la quantité d’air qui peut être inspirée avec un effort, soit environ 3100 mL.

Question 17

Qu’est-ce que le volume de réserve expiratoire (VRE)?

Answer 17

C’est la quantité d’air qui peut être évacuée des poumons avec un effort à la fin d’une expiration normale, soit environ 1200 mL.

Question 18

Qu’est-ce que le volume résiduel (VR)?

Answer 18

C’est la quantité d’air qui reste dans les poumons après une expiration maximale, soit 1200 mL. Le VR empêche l’affaissement des alvéoles.

Question 19

Quelles sont les différences des volumes respiratoires chez les hommes et les femmes?

Answer 19

A l’exception du VC, qui est le même chez les hommes et les femmes, les volumes et capacités respiratoires sont généralement moins élevés chez la femme.

Question 20

Qu’est-ce que la capacité pulmonaire totale?

Answer 20

La capacité pulmonaire totale (CPT) est la somme de tous les volumes respiratoires, soit 6000 mL.

Question 21

Qu’est-ce que la capacité inspiratoire (CI)?

Answer 21

C’est la quantité totale d’air qui peur être inspirée après une expiration noramle (= VC + VRI), soit environ 3600 mL.

Question 22

Qu’est-ce que la capacité résiduelle fonctionnelle (CRF)?

Answer 22

C’est la quantité d’air qui deumeure dans les poumons après une expiration normale (=VRE + VR), soit environ 2400 mL.

Question 23

Qu’est-ce que la capacité vitale (CV)?

Answer 23

C’est la quantité totale d’air échangeable (= VC + VRI + VRE), soit environ 4800 mL.

Question 24

À quoi correspondent les capacités respiratoires?

Answer 24

À la somme des volumes respiratoires correspondants.

Question 25

Qu’est-ce que la ventilation alvéolaire?

Answer 25

Elle correspond à la fraction du volume d’air inspiré «utile», soit la fraction qui contribue aux échanges gazeux. Elle est donc fonction de la fréquence respiratoire et du volume courant :
VA (en mL/min) = fréquence respiratoire (par min) X (VC – volume de l’espace mort) (en mL)

Au repos, un sujet jeune et en santé respire à un rythme de 12 respirations/min. Si son VC est de 500 mL et son espace mort anatomique de 150 mL, sa VA sera de 4 200 mL/min.

Question 26

Vrai ou faux? Une respiration lente et profonde augmente la VA alors qu’une respiration rapide et superficielle la diminue.

Answer 26

Vrai.

Question 27

Quelles sont les lois de physiques qui sont importantes à comprendre pour les échanges gazeux?

Answer 27

La loi des pressions partielles de Dalton décrit comme un gaz se comporte lorsqu’il est mélangé à d’autres gaz. Selon cette loi, « la pression totale exercée par un mélange de gaz est égale à la somme des pressions exercées par chacun des gaz constituants ». La pression partielle exercée par chaque gaz est directement proportionnelle au pourcentage du gaz dans le mélange. Par exemple, au niveau de la mer, l’air ambiant contient environ 21% d’oxygène. Cela signifie que la pression partielle de l’O2 est d’environ 160 mm Hg (21% de 760 mm Hg).

La loi de Henry décrit le mouvement des gaz dans une solution. Elle stipule que quand un gaz est en contact avec un liquide, ce gaz se dissout dans le liquide en proportion de sa pression partielle. La direction et le volume des mouvements des gaz sont donc déterminés par leurs pressions partielles dans les deux phases (gazeuse et aqueuse). Un autre facteur qui intervient dans les échanges gazeux est la solubilité des gaz dans les liquides. Le CO2 est 20 fois plus soluble que l’O2 dans l’eau et le plasma.

Question 28

Quelles sont les différences entre les pressions partielles des gaz atmosphériques et alvéolaires? À quoi sont dues ces différences?

Answer 28

Le gaz alvéolaire contient moins d’O2 mais plus de CO2 et plus de vapeur d’eau que le gaz atmosphérique.

Ces différences sont dues au fait que:
• l’O2 diffuse des alvéoles au sang pulmonaire
• le CO2 diffuse du sang aux alvéoles pulmonaires
• le gaz alvéolaire est un mélange de gaz fraîchement inspirés et de gaz demeurés dans les conduits
• l’air inspiré est humidifié dans les zones de conduction

Question 29

Les échanges gazeux dans les ALVÉOLES dépendent de 3 facteurs. Quels sont-ils? Expliquez leurs caractéristiques.

Answer 29

L’épaisseur et la superficie de la membrane albéolocapillaire. La membrane alvéolocapillaire normale mesure 0,5 à 1 μm d’épaisseur et sa surface totale est d’environ 90 m2, ce qui permet une diffusion efficace des gaz. Des pathologies qui augmentent l’épaisseur de la membrane (ex. pneumonie, oedème pulmonaire) ou qui détruisent les alvéoles (ex. emphysème) nuisent aux échanges gazeux.

Les gradients de pression partielle des gaz. La pression partielle de l’O2 de l’air alvéolaire est de 104 mm Hg vs 40 mm Hg dans le sang désoxygéné. Ce gradient entraîne une diffusion efficace de l’O2 des alvéoles vers le sang. De fait, l’équilibre de l’O2 est atteint en 0,25 sec. Les pressions partielles du CO2 sont de 45 mm Hg dans le sang désoxygéné et de 40 mm Hg dans les alvéoles. Bien que le gradient du CO2 ne soit que de 5 mm Hg, la grande solubilité du CO2 dans le plasma et le liquide alvéolaire fait en sorte que le CO2 et l’O2 sont échangés en quantités égales.

L’efficacité des échanges gazeux dans les alvéoles dépendent d’une adéquation entre la ventilation et la perfusion des alvéoles. Ce couplage implique les mécanismes d’autorégulation suivants:
• La PO2 agit sur la perfusion : une diminution locale de la PO2 entraîne une contraction des artérioles pulmonaires et une diminution de la perfusion. Une augmentation locale de la PO2 entraîne une dilatation des artérioles et une augmentation de la perfusion.
• La PCO2 agit sur la ventilation : une augmentation locale de la PCO2 entraîne une dilatation des conduits aériens et une augmentation de la ventilation. Une diminution locale de la PCO2 a l’effet contraire.

Question 30

Dans le couplage ventilation-perfusion, que se passe-t-il lorsque la ventilation est inférieure à la perfusion?

Answer 30

Lorsqu’il y a une diminution de la ventillation et/ou une augmentation de la perfusion des alvéoles = augmentation de la PCO2 et diminution de la PO2 cela fait en sorte qu’il y a constriction des artérioles pulmonaires irrigant ces alvéoles. Cela fait diminuer la ventilation et la perfusion.

Question 31

Quelle est la différence entre la ventilation et la perfusion?

Answer 31

La ventilation est la quantité de gaz qui pénètre dans l’alvéole prêt pour les échanges gazeux.

La perfusion est la quantité de sang qui se rend à l’alvéole prêt pour les échanges gazeux.

Question 32

Que se passe-t-il lorsque la ventilation est supérieure à la perfusion?

Answer 32

Lorsque la ventilation est supérieure a la perfusion ou que la PCO2 diminuée par rapport à PO2, il y a dilatation des artérioles pulmonaires irrigant cew alvéoles. Il y a donc une augmentation de la ventilation et de la perfusion.

Question 33

Les échanges gazeux dans les tissus de l’organisme dépendent de différents facteurs. Quels sont-ils?

Answer 33

• Les gradients de pression partielle des gaz. La pression partielle de l’O2 du sang oxygéné des capillaires est de 100 mm Hg vs 40 mm Hg dans les tissus. Ce gradient entraîne une diffusion efficace de l’O2 du sang vers les tissus jusqu’à atteinte de l’équilibre. La pression partielle du CO2 des tissus est supérieure à celle du sang oxygéné (45 mm Hg) ce qui fait que le CO2 passe rapidement des tissus au sang capillaire.
• La distance que doivent parcourir les gaz. Une augmentation de la quantité de liquide dans l’espace interstitiel (œdème) nuira aux échanges gazeux.
• La perfusion des tissus. Évidemment, une perfusion inadéquate (comme par exemple dans l’insuffisance artérielle des membres inférieurs) nuira à la respiration interne.

Question 34

Quelle est la structure de l’hémoglobine? Quelles sont ses caractéristiques?

Answer 34

L’hémoglobine est formée de quatre groupements d’un pigment rouge appelé hème qui sont associés à une protéine globulaire appelée globine. La globine est composée de deux chaînes α et de deux chaînes β. Chaque molécule d’hème porte un atome de fer en son centre. Un érythrocyte contient 250 millions de molécules d’hémoglobine. La concentration d’hémoglobine dans le sang est de 130-180 g/L chez l’homme adulte et de 120-160 g/L chez la femme adulte.

Question 35

À quoi se le l’oxygène dans une hémoglobine? Combien de molécules de O2 peut transporter une molécule d’hémoglobine?

Answer 35

L’oxygène se lie aux atomes de fer de l’hémoglobine. Chaque molécule d’hémoglobine peut transporter 4 molécules d’O2.

Question 36

Que se passe-t-il lorsqu’une molécule de O2 se lie au fer de l’hémoglobine?

Answer 36

Chaque fois qu’une molécule de O2 se lie au fer, il s’en suit d’un changement de conformation de l’hémoglobine qui augmente son affinité pour l’O2. À l’inverse, la dissociation d’une molécule d’O2 facilite la dissociation de la molécule suivante.

Question 37

Quand est qu’une molécule d’hémoglobine est pleinement saturée? Quand est-ce qu’elle ne l’est pas?

Answer 37

Une molécule d’hémoglobine à laquelle sont liées 4 molécules d’O2 est dite pleinement saturée alors qu’une molécule d’hémoglobine qui contient 1 à 3 molécules de O2 est dite partiellement saturée.

Question 38

Quelles sont les caractéristiques de la conformation et de la couleur de l’hémoglobine?

Answer 38

La conformation de l’hémoglobime pleinement saturée (oxyhémoglobine) lui donne une couleur rouge vif alors que la forme partiellement saturée (désoxyhémoglobine) se colore en rouge sombre.

Question 39

À quoi se lie le CO2?

Answer 39

Le CO2 se lie à la globine, plus précisément à l’acide aminé lysine, pour former la carbhémoglobine.

Question 40

Qu’est-ce que l’hémoglobine glycée? À quoi sert-elle?

Answer 40

Le glucose se fixe à la globine pour former l’hémoglobine glyquée.L’hémoglobine glyquée est utilisée pour évaluer l’équilibre glycémique chez les individus diabétiques.

Question 41

Comment l’oxygène est-il transporté?

Answer 41

La majorité (98,5%) de l’oxygène moléculaire transporté dans le sang est lié à l’hémoglobine.

Une minorité (1,5%) de l’oxygène est dissous dans le plasma.

Question 42

La vitesse à laquelle l’hémoglobine capte ou libère l’O2 dépend de quels facteurs?

Answer 42

La PO2

La PCO2

La température

Le pH sanguin

La concentration de 2,3-DPG (2-3-diphosphoglycérate) dans les érythrocytes

Question 43

L’hémoglobine du sang artériel est-elle autant saturée que celle du sang veineux? Qu’est-ce que cela signifie?

Answer 43

L’hémoglobine du sang artériel est saturée à 98% alors que l’hémoglobine du sang veineux est saturée à 75%.

Cela signifie que le sang veineux contient des quantités importantes d’oxygène.

Question 44

Quelle est la relation entre la PO2 et la saturation de l’hémoglobine?

Answer 44

Plus la PO2 est élevée, plus l’hémoglobine est saturée en O2.

Question 45

Quel est l’effet de la PO2 dans les poumons sur le degré de saturation de l’hémoglobine?

Answer 45

Lorsque la PO2 est élevée, les variations importantes de la PO2 ne modifient que légèrement la saturation de l’hémoglobine. Grâce à ses propriétés qui permettent une «marge de sécurité» l’hémoglobine est presque complètement saturée même lorsque la PO2 diminue considérablement. Ainsi, elle demeure saturée même lorsqu’une personne se trouve en haute altitude ou si une personne est atteinte d’une maladie pulmonaire.

Question 46

Quel est l’effet de la PO2 sur la saturation de l’hémoglobine dans les tissus?

Answer 46

Quand la PO2 est faible, des variations de celle-ci modifient considérablement la saturation de l’hémoglobine. Dans les tissus autres que les poumons, la PO2 est faible puisque ces tissus consomment de l’O2. Les propriétés de l’hémoglobine font en sorte que l’oxygène est transporté dans les tissus qui en ont le plus de besoin. Ainsi, lorsqu’un tissu a besoin de plus de O2, il en reçoit plus. Dans les tissus métaboliquement plus actifs, la PO2 est plus faible encore, car ces tissus consomment l’O2.

Question 47

Comment expliquer l’influence de la température sur la saturation de l’hémoglobine?

Answer 47

L’augmentation de la température corporelle diminue l’affinité de l’hémoglobine (Hb) pour l’O2, c’est-à-dire que la température déplace la courbe de dissociation vers la droite.

Puisque la chaleur est un produit du métabolisme cellulaire (la température des muscles actifs peut atteindre 40 °C), ceci fait qu’une plus grande quantité d’O2 se dissocie de l’hémoglobine dans les tissus actifs.

Question 48

Quel est l’effet du pH sur la saturation de l’hémoglobine?

Answer 48

Une diminution du pH sanguin (augmentation de la concentration d’ions H+) a pour effet de diminuer l’affinité de l’hémoglobine (Hb) pour l’O2, favorisant ainsi la dissociation de l’oxygène du sang. Cela résulte du métabolisme du glucose dans les tissus. On affaiblit la liaison entre l’hémoglobine et l’oxygène (ce qu’on appelle l’effet Bohr), augmentant donc l’apport en oxygène aux tissus qui en ont besoin.

Question 49

Quel est l’effet de la PCO2 sur le degré de saturation de l’hémoglobine?

Answer 49

Une augmentation de la PCO2 a pour effet de diminuer l’affinité de l’hémoglobine (Hb) pour l’O2, favorisant ainsi la dissociation de l’oxygène du sang. Cela résulte du métabolisme du glucose dans les tissus. On affaiblit la liaison entre l’hémoglobine et l’oxygène (ce qu’on appelle l’effet Bohr), augmentant donc l’apport en oxygène aux tissus qui en ont besoin.

Question 50

Les tissus produisent constamment du CO2, environ 200 mL par minute dans des conditions normales. Le CO2 est transporté des cellules aux poumons sous trois formes. Quelles sont-elles?

Answer 50

• Sous forme d’ions bicarbonate (HCO3-) dans le plasma (environ 70% du CO2). La plupart des molécules de CO2 qui entrent dans le plasma diffusent dans les érythrocytes où l’enzyme anhydrase carbonique (nous avons parlé de cette enzyme dans le cours sur la physiologie digestive) catalyse la combinaison du CO2 à l’eau pour former l’acide carbonique (H2CO3). L’H2CO3 se dissocie spontanément en HCO3- et H+ et le HCO3- diffuse des érythrocytes au plasma pour se rendre aux poumons. Les ions H+ libérés par la dissociation du H2CO3 abaissent le pH du cytoplasme des érythrocytes, diminuant ainsi l’affinité de l’hémoglobine pour l’O2 (l’effet Bohr).
• En complexe avec l’hémoglobine (environ 20% du CO2). Le CO2 se lie à la portion globine de l’hémoglobine.
• Sous forme de gaz dissout dans le plasma (environ 10% du CO2)

Question 51

Comment décrire le transport et les échanges de gaz dans les tissus?

Answer 51

Le CO2 produit par les tissus diffuse dans les érythrocytes où il se lie à l’hémoglobine pour former la carbhémoglobine (20%) ou il est transformé en HCO3- (70%). Le phénomène de Hamburger décrit l’échange d’ions HCO3- et Cl- entre l’érythrocyte et le plasma.

Le gradient de concentration de l’O2, combiné à l’influence de la PCO2 et du pH du cytoplasme des érythrocytes, favorise la dissociation d’une partie des molécules d’O2 de l’hémoglobine (HHb = désoxyhémoglobine).

Question 52

Comment décrire le transport et les échanges de gaz dans les poumons?

Answer 52

Rendus aux poumons, les ions HCO3- diffusent dans les érythrocytes où ils se combinent avec des ions H+ pour former l’acide carbonique (H2CO3) que l’anhydrase carbonique dissocie en eau et CO2. Le CO2 ainsi formé et celui qui se dissocie de la carbhémoglobine diffusent hors des érythrocytes et diffusent à travers la membrane alvéolocapillaire en suivant leur gradient de pression partielle.

L’O2 suit son gradient de pression partielle et diffuse dans les érythrocytes où elle se lie à la désoxyhémoglobine (HHb) pour former l’oxyhémoglobine (HbO2).

Question 53

Quels sont les facteurs les plus susceptibles de modifier la fréquence et l’amplitude respiratoire?

Answer 53

Les facteurs les plus susceptibles de modifier la fréquence et l’amplitude respiratoires sont des variations dans les concentrations de CO2, O2 et H+ dans le sang artériel.

Question 54

Les fluctuations dans les concentrations de CO2, O2 et H+ dans le sang artériel dont décelés par quoi?

Answer 54

Les fluctuations dans ces paramètres chimiques sont décelées par des chimiorécepteurs centraux (situés dans le tronc cérébral) et des chimiorécepteurs périphériques (situés dans la crosse de l’aorte et les artères carotides).

Question 55

Expliquez les différentes influences nerveuses et chimiques qui s’exercent sur les centres respiratoires du tronc cérébral.

Answer 55

Les influences excitatrices (peuvent provenir des récepteurs des muscles et des articulations, des chimiorécepteurs et de d’autres récepteurs) accroissent la fréquence des influx nerveux envoyés aux muscles de la respiration et mobilisent d’autres neurones moteurs, produisant une respiration profonde et rapide. Les influences inhibitrices (qui proviennent des mécanorécepteurs pulmonaires, des récepteurs dew agents irritants et des centres supérieuresde l’encéphale) ont l’effet opposé.

Question 56

Quel est le rôle du CO2 dans la régulation de la respiration?

Answer 56

La nécessité d’éliminer le CO2 est le principal stimulus de la respiration de sorte que le CO2 est le plus puissant et le plus étroitement contrôlé des facteurs chimiques influant sur la respiration. De fait, la PCO2 du sang artériel est de 40 mm Hg ± 3 mm Hg.

Une augmentation de la PCO2 au-delà de ces limites se traduit par l’accumulation de CO2 dans l’encéphale. Le CO2 interagit avec l’eau pour former l’acide carbonique qui se dissocie pour libérer des ions H+, ce qui cause une diminution du pH.

Les ions H+ stimulent les chimiorécepteurs centraux qui envoient des influx aux centres de la respiration, entraînant une augmentation de l’amplitude et la fréquence de la respiration.

La ventilation revient à la normale lorsque la PCO2 revient dans les limites normales.